焊接残余变形

1 试述焊接残余变形的种类。

焊接过程中焊件产生的变形称为焊接变形。

焊后，焊件残留的变形称为焊接残余变形。

焊接残余变形有纵向收缩变形、横向收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形和波浪变形等共六种，见图1，其中焊缝的纵向收缩变形和横向收缩变形是基本的变形形式，在不同的焊件上，由于焊缝的数量和位置分布不同，这两种变形又可表现为其它几种不同形式的变形。

2 焊件在什么情况下会产生纵向收缩变形？焊件焊后沿平行于焊缝长度方向上产生的收缩变形称为纵向收缩变形。

当焊缝位于焊件的中性轴上或数条焊缝分布在相对中性轴的对称位置上，焊后焊件将产生纵向收缩变形，其焊缝位置见表1。

焊缝的纵向收缩变形量随焊缝的长度、焊缝熔敷金属截面积的增加而增加，随焊件截面积的增加而减少，其近似值见表2。

表2 焊缝纵向收缩变形量的近似值（mm/m）注：表中所表示的数据是在宽度大约为15倍板厚的焊缝区域中的纵向收缩变形量，适用于中等厚度的低碳钢板。

3 试述焊缝的横向收缩变形量及其计算。

焊件焊后在垂直于焊缝方向上发生的收缩变形称为横向收缩变形，横向收缩变形量随板厚的增加而增加。

低碳钢对接接头、T形接头和搭接接头的横向收缩变形量，见表3、表4。

对接接头横向收缩变形量的近似计算公式，见表5。

当两板自由对接、焊缝不长、横向没有约束时，横向收缩变形量要比纵向的大得多。

4 焊件在什么情况下会产生弯曲变形？如果焊件上的焊缝不位于焊件的中性轴上，并且相对于中性轴不对称（上下、左右），则焊后焊件将会产生弯曲变形。

如果焊缝集中在中性轴下方（或下方焊缝较多）则焊件焊后将产生上拱弯曲变形；相反如果焊缝集中在中性轴上方（或上方焊缝较多），则焊件焊后将产生下凹弯曲变形。

又如果焊件相对焊件中性轴左、右不对称，则焊后将产生旁弯，焊件产生弯曲变形的焊缝位置，见表6。

5 试述焊件产生角变形的原因及其数值。

焊接时，由于焊接区沿板材厚度方向不均匀的横向收缩而引起的回转变形称为角变形见图1b。

焊接残余变形名词解释
焊接残余变形是指在焊接过程中，由于被焊工件受到不均匀温度场的作用而产生的形状、尺寸变化。

这种变化在焊接过程中或焊接完成后，会残留在焊件上，导致其形状、尺寸与初始状态不一致，这种现象称为焊接残余变形。

焊接残余变形包括瞬时变形和残余变形。

瞬时变形是指在焊接过程中随温度变化而变化的变形，而残余变形则是指被焊工件完全冷却到初始温度时的改变。

焊接残余变形对结构安装精度有很大影响，过大的变形将显著降低结构的承载能力。

因此，在焊接过程中需要采取措施控制变形，如选择合适的焊接工艺、采用反变形法等。

同时，在焊接完成后，也可以采用矫形措施来减小变形。

焊接残余变形1 试述焊接残余变形的种类。

焊接过程中焊件产生的变形称为焊接变形。

焊后，焊件残留的变形称为焊接残余变形。

焊接残余变形有纵向收缩变形、横向收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形和波浪变形等共六种，见图1，其中焊缝的纵向收缩变形和横向收缩变形是基本的变形形式，在不同的焊件上，由于焊缝的数量和位置分布不同，这两种变形又可表现为其它几种不同形式的变形。

2 焊件在什么情况下会产生纵向收缩变形？焊件焊后沿平行于焊缝长度方向上产生的收缩变形称为纵向收缩变形。

当焊缝位于焊件的中性轴上或数条焊缝分布在相对中性轴的对称位置上，焊后焊件将产生纵向收缩变形，其焊缝位置见表1。

焊缝的纵向收缩变形量随焊缝的长度、焊缝熔敷金属截面积的增加而增加，随焊件截面积的增加而减少，其近似值见表2。

表2 焊缝纵向收缩变形量的近似值（mm/m）注：表中所表示的数据是在宽度大约为15倍板厚的焊缝区域中的纵向收缩变形量，适用于中等厚度的低碳钢板。

3 试述焊缝的横向收缩变形量及其计算。

焊件焊后在垂直于焊缝方向上发生的收缩变形称为横向收缩变形，横向收缩变形量随板厚的增加而增加。

低碳钢对接接头、T形接头和搭接接头的横向收缩变形量，见表3、表4。

表5 对接接头横向收缩变形量的近似计算公式①δ——板厚（mm）。

当两板自由对接、焊缝不长、横向没有约束时，横向收缩变形量要比纵向的大得多。

4 焊件在什么情况下会产生弯曲变形？如果焊件上的焊缝不位于焊件的中性轴上，并且相对于中性轴不对称（上下、左右），则焊后焊件将会产生弯曲变形。

如果焊缝集中在中性轴下方（或下方焊缝较多）则焊件焊后将产生上拱弯曲变形；相反如果焊缝集中在中性轴上方（或上方焊缝较多），则焊件焊后将产生下凹弯曲变形。

又如果焊件相对焊件中性轴左、右不对称，则焊后将产生旁弯，焊件产生弯曲变形的焊缝位置，见表6。

5 试述焊件产生角变形的原因及其数值。

焊接时，由于焊接区沿板材厚度方向不均匀的横向收缩而引起的回转变形称为角变形见图1b。

焊接残余变形的基本形式
(一)收缩变形
这种变形又可具体分为纵向缩短和横向缩短，如图8—1a所示的两块对接钢板，经焊接后。

长度和宽度方向的尺寸都比原来变短。

这种变形是由于焊缝
的纵向收缩和横向收缩引起的。

(二)角变形
这种变形是由于焊缝横截面形状不对称或施焊层次不合理，致使焊缝在板厚度方向上横向收缩量不一致所产生的。

如图8—1b所示V形坡口对接焊后发生了角变形，主要是由于焊缝截面上宽下窄使焊缝的横向收缩量上大下小而引起的。

(三)弯曲变形
这种变形是由于焊件上焊缝布置不对称或焊件断面形状不对称，焊缝的纵向收缩所引起的。

如图8—1c所示，T型梁的焊缝位置位于梁的中心线下方，
焊后由于焊缝纵向收缩，造成了弯曲变形。

(四)波浪变形
薄板气焊时最容易产生波浪变形，如图8—1d所示。

其产生的原因是焊缝的纵向收缩和横向收缩共同作用的结果。

一方面由于焊缝的纵向收缩，使薄板边缘产生压应力，当压应力超过一定数值时，便在薄板边缘出现了波浪形的变形；另一方面由于焊缝的横向收缩引起角变形，这些角变形连贯起来就形成了波浪变形。

(五)扭曲变形
如图8—1e所示，这种变形产生的原因主要是因装配质量不好、工件搁置不当，焊接顺序和焊接方向不合理，致使焊缝纵向收缩和横向收缩不一致所造成的。

一般这种变形在气焊件中很少碰到。

综上所述，焊后焊缝的纵向收缩和横向收缩是引起各种焊接残余变形和焊接残余应力的重要原因。

同时还说明，焊缝的收缩能否转变成各种形式的变形还和焊缝在结构上的位置、焊接顺序和焊接方向以及结构的刚性大小等因素有直接的关系。

第一章焊接应力与变形焊接时，由于局部高温加热而造成焊件上温度分布不均匀，最终导致在结构内部产生了焊接应力与变形。

焊接应力是引起脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂和失稳破坏的主要原因。

另外，焊接变形也使结构的形状和尺寸精度难以达到技术要求，直接影响结构的制造质量和使用性能。

因此，本章主要讨论焊接应力与变形的基本概念及其产生原因；焊接变形的种类，控制焊接变形的工艺措施和焊后如何矫正焊接变形；焊接应力的分布规律，降低焊接应力的工艺措施和焊后如何消除焊接残余应力。

第一节焊接应力与变形的产生一、焊接应力与变形的基本知识1.焊接变形物体在外力或温度等因素的作用下，其形状和尺寸发生变化，这种变化称为物体的变形。

当使物体产生变形的外力或其它因素去除后变形也随之消失，物体可恢复原状，这样的变形称为弹性变形。

当外力或其它因素去除后变形仍然存在，物体不能恢复原状，这样的变形称为塑性变形。

物体的变形还可按拘束条件分为自由变形和非自由变形。

在非自由变形中，有外观变形和内部变形两种。

以一根金属杆的变形为例，当温度为T0时，其长度为L0，均匀加热，温度上升到T时，如果金属杆不受阻，杆的长度会增加至L，其长度的改变ΔL T=L- L0，ΔL T就是自由变形，见图1-la。

如果金属杆件的伸长受阻，则变形量不能完全表现出来，就是非自由变形。

其中，把能表现出来的这部分变形称为外观变形，用ΔLe表示；而未表现出的变形称为内部变形，用ΔL表示。

在数值上，ΔL=ΔL T-ΔLe，见图1-lb。

单位长度的变形量称为变形率，自由变形率用εT表示，其数学表达式为：εT=ΔL T/L0=α(T-T0) （1-1）式中α——金属的线膨胀系数，它的数值随材料及温度而变化。

外观变形率εe，可用下式表示：εe=ΔLe/ L0（1-2）同样，内部变形率ε用下式表示：ε=ΔL/L0（1-3）2.应力存在于物体内部的、对外力作用或其它因素引起物体变形所产生的抵抗力，叫做内力。

焊接残余变形量的估算公式
（1）纵向收缩变形量：
有纵向长焊缝的钢构件，单道焊时，其长度方向的收缩量估算公式为：ΔL=k1·Aw·L/A
其中Aw为焊缝截面积，mm2
A为杆件长度，mm
K1为与焊接方法、材料热膨胀系数、和多层焊层数有关的系数，对于不同焊接方法，系数k1的数值不同：CO2焊，k1=0.043
埋弧焊: k1=0.071～0.07
手工电弧焊: k1=0.048～0.057
当焊缝在构件中的位置相对于中和轴不对称时,焊缝的纵向收缩变形还会使构件弯曲而产生挠度,钢结构单道焊时,由于纵向收缩引起的挠度可用以下公式估算:f=kf·Aw·e·L/(8I) (cm)
式中:e为焊缝到构件中和轴的距离,(cm)
L为杆件长度, cm
Aw为焊缝截面积，cm2
I为杆件截面惯性矩, cm4
Kf为系数(与纵向收缩量公式中k1的数值相同)
（2）横向收缩变形量。

由于影响横向收缩的因素很多，简单的公式不能表达所有因素的影响，因而不同文献提供估算公式各不相
同，可作参考的估算公式如下：
ΔB=0.2Aw/δ+0.05b mm
式中：ΔB对接接头横向收缩量，mm
Aw为焊缝横截面积，mm2
b为根部间隙，mm。

δ为板厚，mm。

对接焊缝垂直于长构件轴线，并与中和轴不对称时，该焊缝的横向收缩也会使长构件产生挠曲，其挠度量则与焊缝布置，焊缝面积以及构件截面形式、刚度有关，不能用单一公式表达。

（3）角变形量：
Δθ=0.07B·hf1.3/δ(rad)
式中B翼缘宽，mm
δ翼缘厚，mm
hf焊脚尺寸，mm。

防止和减少焊接残余变形与应力的措施随着现代制造业的发展，焊接在各行各业中扮演着至关重要的角色。

无论是航空航天、汽车制造还是建筑工程，在这些领域中，焊接都是不可或缺的连接工艺。

然而，随之而来的焊接残余变形与应力问题也愈加引起人们的关注。

焊接过程中产生的残余变形与应力，不仅会影响工件的外观质量，还可能引发裂纹和变形等问题，严重影响其使用性能和寿命。

如何有效地预防和减少焊接残余变形与应力，成为了焊接工艺中的重要课题。

1.选材：材料的选择对于焊接残余变形和应力的控制至关重要。

在焊接过程中，通常会选择具有较高熔点和较小线膨胀系数的材料，以减少焊接时热影响区的热变形；还应根据实际情况选择合适的填充材料。

2.焊接方式：合理选择焊接方式是减少焊接残余变形和应力的关键。

一般来说，采用低热输入、低变形的焊接方式，例如脉冲焊、激光焊等，能够有效降低焊接工件的残余变形和应力。

3.焊接顺序：合理规划焊接顺序也是减少残余变形和应力的重要手段。

通常情况下，应该首先焊接边缘，然后逐渐向内焊接，以减少焊接区域的热输入，降低残余变形和应力。

4.预热和后热处理：在一些情况下，通过预热和后热处理也能有效减少焊接残余变形和应力。

预热能够降低材料的硬度，减少焊接残余应力；后热处理则能够通过回火或退火处理，消除残余应力，提高焊接接头的韧性和稳定性。

5.夹具和辅助装置：采用合理的夹具和辅助装置也能有效减少焊接残余变形和应力。

夹具的设计应在尽量避免约束工件的能够保证焊接接头的稳固性；而辅助装置则可以提供额外的支撑，减少工件在焊接过程中的变形。

总结回顾：在焊接工艺中，预防和减少焊接残余变形与应力是至关重要的。

通过合理选材、焊接方式、焊接顺序、预热和后热处理、夹具和辅助装置等措施，可以有效控制焊接过程中的残余变形和应力，保证焊接接头的质量和稳定性。

个人观点：作为焊接工艺的重要环节，防止和减少焊接残余变形与应力对于提高焊接接头的质量和稳定性至关重要。

焊接残余变形的矫正方法
焊接残余变形就像个调皮的小怪兽，得想办法降服它。

那有啥办法呢？机械矫正法了解一下！用压力机、千斤顶啥的对变形部位进行矫正，就像给小怪兽来一记重拳。

步骤嘛，先确定变形位置，然后选择合适的工具，慢慢施加压力。

注意可别用力过猛，把工件给整坏喽！这方法安全不？只要操作得当，还是挺稳当的。

应用场景可多了，比如钢结构建筑。

优势就是速度快，效果明显。

就好比你要盖个大楼，焊接变形了，用机械矫正法，很快就能让结构恢复正常，多棒啊！
还有火焰矫正法呢！像个神奇的魔法。

用火焰加热变形部位，让它冷却收缩来矫正。

先找到关键部位加热，控制好温度和加热时间。

这可得小心，别把工件给烤糊了。

安全性咋样？只要经验丰富，没啥大问题。

它适用于各种金属工件，优势是比较灵活。

想想看，就像驯服一匹野马，得有技巧。

咱再说说实际案例。

有个大工程，焊接后变形严重，用了机械矫正法和火焰矫正法结合，哇塞，效果那叫一个好。

工件变得规规矩矩，就像被施了魔法一样。

焊接残余变形不可怕，只要方法得当，就能轻松搞定。

咱就得勇
敢面对这个小怪兽，用各种方法把它驯服，让焊接工件变得完美无缺。

焊接残余变形的控制措施摘要焊接残余变形是焊后残存于结构中的变形，是焊接结构生产过程中常常出现的问题。

通过正确的施工，可以减少焊接残余变形。

关键词焊接残余应力残余变形措施1 前言在焊接结构生产过程中，焊接残余变形是经常出现的问题。

焊接残余应力和变形是形成各种焊接裂纹的重要因素，它在一定条件下还会严重影响焊件的强度、刚度、受压时的稳定性、加工精度和尺寸稳定性等等。

为此，采取相应措施以控制焊接变形是十分必要的。

2 焊接残余应力和残余变形的成因钢材在施焊过程中会在焊缝及附近区域内形成不均匀的温度场，焊缝及附近的温度最高可达1600℃以上，由焊缝临近区域向外，温度急剧下降。

不均匀温度场有导致不均匀膨胀的趋势，但施焊后的钢材已经连接成整体，低温区对高温区的变形产生约束，使高温区产生热塑压缩变形，未达到热塑温度的高温区则会产生热压应力，低温区则产生拉应力。

在冷却过程中，低温区先冷却，其收缩变形不受约束，而高温区冷却较慢，后冷却区域的收缩变形将受到先冷却区域的约束，因而使高温区产生拉应力，相反，低温区则产生相应的压应力。

在无外界约束的情况下，焊件内的拉应力和压应力自相平衡。

这种应力称为焊接残余应力，它是一组自相平衡的内应力。

随焊接残余应力的产生，同时也会出现不同方向的不均匀收缩变形，称为焊接残余变形。

如图2—1所示。

3 焊接残余变形的种类及影响变形的因素3.1焊接残余变形的种类常见的焊接残余变形有以下几种：3.1.1收缩变形：分纵向收缩和横向收缩两种，如图3—1所示。

3.1.2弯曲变形：构件焊后发生弯曲变形，如图3—2所示。

3.1.3角变形：焊后构件的平面绕焊缝产生的角位移，常见如图3—3所示。

3.1.4扭曲变形：绕构件轴线扭曲，如图3—4所示。

3.1.5波浪变形：焊后构件呈波浪形，如图3—5所示。

3.1.6错边变形：在焊接过程中，两焊接件的热膨胀不一致，可能引起长度方向上的错边和厚度方向上的错边，如图3—6所示。

第三节焊接残余变形一、焊接残余变形的分类1．纵向和横向收缩变形a)纵向收缩：焊件在焊后沿焊缝长度方向上的收缩。

纵向收缩变形随焊缝长度、焊缝熔敷金属截面积的增加而增加。

b)横向收缩：焊件在焊后沿焊缝宽度方向上的收缩。

横向收缩变形随焊接热输入、焊缝宽度、焊脚尺寸的增加而增加。

2．角变形是焊接时，由于焊缝区沿厚度方向产生的横向收缩不均匀引起的弯曲变形。

角变形的大小与焊接方法、焊接道数及坡口形式有关。

3．弯曲变形是结构上焊缝分布不时称，焊缝收缩引起的变形，用挠度f 表示。

挠度是指焊件的中心轴线偏离原中心轴线的最大距离。

4．扭曲变形是焊件的施焊顺序不合理、组装不良或纵向有错边，焊接时角变形量长度方向不均匀，焊缝的纵向和横向收缩没有限一定的规律，引起的变形。

．5．波浪变形由于结构件的刚性较小，在焊缝的纵向和横向收缩共同作用下造成较大的压应力而引起波浪变形。

二、控制焊接残余变形的工艺措施1．设计方面在保证构件有足够承载能力的前提下，尽量减少焊缝尺寸，焊缝的数量，合理安排焊缝的位置，焊缝尽可能对称分布避免局部焊缝过分集中。

2．工艺方面选择合理的组装焊接顺序a)大型复杂的焊接结构，在条件允许的情况下，分成若干个分别焊接，然后将各单元总体拼装成整体后再进行整体焊接。

b)对称结构上的对称焊缝，这样可以使两侧产生的焊接变形相互抵消。

c)非对称布置的焊缝。

3．反变形法焊前使焊件具有一个与焊后变形方向相反、大小相当的变形，以便恰好能抵消焊接后产生的变形。

这种方法的关键在于反变形量大小的设置，反变形量的大小应依据在自由状态下施焊测得的焊接变形，并结合弹性变形作适当的调整。

．4．刚性固定法焊前对焊件要用外加刚性拘束，使其在不能自由变形的条件下焊接，强制焊接在焊接时不能自由变形，这样可减小焊接变形。

应指出，当外加刚性拘束去除后，由于残余应力的作用，焊件上会残留一定的变形，但比起自由变形来小得多，另外采用刚性固定法，使焊接接头中产生较大的残余应力，对于一些焊后容易裂的材料应慎用。

焊接残余应力和残余变形一、焊接残余应力和残余变形的成因钢结构的焊接过程是一个不均匀加热和冷却的过程。

在施焊时，焊件上产生不均匀的温度场，焊缝及附近温度最高，达1600℃以上，其邻近区域则温度急剧下降。

不均匀的温度场要求产生不均匀的膨胀和收缩。

而高温处钢材的膨胀和收缩要受到两侧温度较低、胀缩较小的钢材的限制，从而使焊件内部产生残存应力并引起变形，此即通称的焊接残余应力和残余变形。

二、焊接残余应力和残余变形（一）焊接残余应力焊接残余应力按其方向可分为纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向残余应力。

1. 纵向残余应力。

图2-38是焊接残余应力的示例。

图2-38（a）是两块钢板平接连接，焊接时钢板焊缝一边受热，将沿焊缝方向纵向伸长。

但伸长量会因钢板的整体性，受到钢板两侧未加热区域的限制，由于这时焊缝金属是熔化塑性状态，伸长虽受限，却不产生应力（相当于塑性受压）。

随后焊缝金属冷却恢复弹性，收缩受限将导致焊缝金属纵向受拉，两侧钢板则因焊缝收缩倾向牵制而受压，形成图2-38（b）所示的纵向焊接残余应力分布。

它是一组在外荷载作用之前就已产生的自相平衡的内应力。

2. 横向残余应力。

图2-38所示两块钢板平接除产生上述纵向残余应力外，还可能产生垂直于长度方向的残余应力。

由图中可以看到，焊缝纵向收缩将使两块钢板有相向弯曲变形的趋势（如图2-38a中虚线所示）。

但钢板已焊成一体，弯曲变形将受到一定的约束，因此在焊缝中段将产生横向拉应力，在焊缝两侧将产生横向压应力，如图2-38（c）所示。

此外，焊缝冷却时除了纵向收缩外，焊缝横向也将产生收缩。

由于施焊是按一定顺序进行，先焊好的部分冷却凝固恢复弹性较早，将阻碍后焊部分自由收缩，因此，先焊部分就会横向受压，而后焊部分横向受拉，形成如图2-38（d）所示的应力分布。

图2-38（e）是上述两项横向残余应力的叠加，它也是一组自相平衡的内应力。

3. 厚度方向残余应力对于厚度较大的焊缝，外层焊缝因散热较快先冷却，故内层焊缝的收缩将受其限制，从而可能沿厚度方向也产生残余应力，形成三相应力场。